狄文橋

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心通信發(fā)明審查部，廣州 510530）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，智能手機(jī)甚至車輛之類的創(chuàng)新性邊緣設(shè)備改變了我們連接到物理世界的方式。隨著這些邊緣設(shè)備變得越來越普及和強(qiáng)大，它們正在創(chuàng)建大量數(shù)據(jù)。隨著在邊緣生成的數(shù)據(jù)量的增加，在對等邊緣設(shè)備之間共享數(shù)據(jù)允許在本地處理數(shù)據(jù)，而無需云或其他集中式授權(quán)。而區(qū)塊鏈技術(shù)是一種適用的安全分類帳，用于在這種分布式環(huán)境中共享傳遞數(shù)據(jù)信息。但邊緣設(shè)備對資源（尤其是存儲(chǔ)和電池）有一定的限制，典型的區(qū)塊鏈系統(tǒng)的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)重復(fù)性使得不可能將其直接部署到邊緣環(huán)境中。因此，我們面臨著克服邊緣設(shè)備上分配存儲(chǔ)資源的困難。

1 系統(tǒng)模型

本小節(jié)在基于邊緣計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，將邊緣設(shè)備節(jié)點(diǎn)賦予區(qū)塊鏈屬性，從而形成移動(dòng)區(qū)塊鏈系統(tǒng)模型，如圖1所示，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由三層組成，即云服務(wù)層，邊緣計(jì)算層和區(qū)塊鏈層。

區(qū)塊鏈層包括移動(dòng)設(shè)備、車載移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（VANET）設(shè)備或IoT設(shè)備，邊緣計(jì)算層為區(qū)塊鏈層提供計(jì)算資源，云服務(wù)層為邊緣計(jì)算層提供云服務(wù)。區(qū)塊鏈層可確保通過區(qū)塊鏈傳輸過程中數(shù)據(jù)的安全性，邊緣計(jì)算層為區(qū)塊鏈層提供計(jì)算資源和邊緣云服務(wù)，云服務(wù)層結(jié)合了傳統(tǒng)云存儲(chǔ)和區(qū)塊鏈的使用，以確保數(shù)據(jù)的安全性。

2 資源分配

本小節(jié)主要討論邊緣計(jì)算環(huán)境中的資源分配問題，首先分析存儲(chǔ)分配問題，然后分析節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和塊訪問問題。

2.1 公平有效的存儲(chǔ)

公平存儲(chǔ)，要求在對等邊緣環(huán)境中公平緩存數(shù)據(jù)，按照每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有不同的容量，為不同容量的節(jié)點(diǎn)緩存相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，例如將較少的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到具有較少資源的節(jié)點(diǎn)上，如果節(jié)點(diǎn)上沒有剩余資源則將該節(jié)點(diǎn)中不再存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)。

高效訪問，邊緣設(shè)備的移動(dòng)性和無線信號(hào)衰減可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)丟失，從而使對存儲(chǔ)的預(yù)測不太準(zhǔn)確，為解決這個(gè)問題可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中邊緣設(shè)備的互聯(lián)情況，例如時(shí)延、節(jié)點(diǎn)間跳數(shù)等因素來分析網(wǎng)絡(luò)的可靠性，進(jìn)而提供公平有效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)和塊存儲(chǔ)分配

當(dāng)生成數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，數(shù)據(jù)項(xiàng)的生產(chǎn)者還生成相應(yīng)的元數(shù)據(jù)項(xiàng)并進(jìn)行廣播。接收元數(shù)據(jù)項(xiàng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)計(jì)算將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)的節(jié)點(diǎn)集。當(dāng)節(jié)點(diǎn)挖掘下一個(gè)塊時(shí)，該節(jié)點(diǎn)會(huì)將所有接收到的元數(shù)據(jù)項(xiàng)以及存儲(chǔ)的節(jié)點(diǎn)信息打包到該塊中。然后，該塊將通過網(wǎng)絡(luò)廣播。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)將收到塊數(shù)據(jù)并檢查此信息。如果選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，它將從生產(chǎn)者那里獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)。區(qū)塊鏈本身變成一個(gè)相對較大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以存儲(chǔ)所有塊。塊還需要存儲(chǔ)在所有節(jié)點(diǎn)的一小部分中。每個(gè)新塊將被分配存儲(chǔ)在某些節(jié)點(diǎn)上。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)信息在該塊中被編碼。然后，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)收到此信息后，將該塊保留在其存儲(chǔ)中。塊的信息還包含前一個(gè)塊的存儲(chǔ)位置，以便要求苛刻的用戶可以從最新的塊開始獲取鏈。

2.3 最近的塊存儲(chǔ)分配

移動(dòng)性是邊緣設(shè)備的關(guān)鍵特征之一。節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性可能會(huì)導(dǎo)致連接不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。因此，區(qū)塊鏈的最新區(qū)塊是潛在的節(jié)點(diǎn)暫時(shí)斷開最需要的。如果最近的塊在網(wǎng)絡(luò)中更普遍，則檢索它們將變得更加容易。與數(shù)據(jù)和塊存儲(chǔ)不同，節(jié)點(diǎn)需要緩存一定數(shù)量的最新塊，并使用FIFO替換這些塊。首先，所有節(jié)點(diǎn)至少存儲(chǔ)最后一塊以進(jìn)行挖掘。找到下一個(gè)塊的節(jié)點(diǎn)還將計(jì)算需要存儲(chǔ)一個(gè)新塊的節(jié)點(diǎn)。通過解決相同的問題（即考慮網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀況的公平和有效的存儲(chǔ)問題）來選擇節(jié)點(diǎn)。然后，所選節(jié)點(diǎn)將獲得與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)或塊的節(jié)點(diǎn)相同的激勵(lì)。

2.4 數(shù)據(jù)項(xiàng)和塊訪問過程

對于需要某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的節(jié)點(diǎn)，它首先檢查塊中的元數(shù)據(jù)項(xiàng)，然后從存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)項(xiàng)的節(jié)點(diǎn)中獲取該數(shù)據(jù)項(xiàng)。請求節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)請求信息發(fā)送到一個(gè)緩存節(jié)點(diǎn)，然后此節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送回去。如果需要，節(jié)點(diǎn)可以使用公共密鑰和相應(yīng)元數(shù)據(jù)項(xiàng)中的簽名來驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

本文主要分析了區(qū)塊鏈系統(tǒng)中邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的資源分配，以克服邊緣設(shè)備上分配存儲(chǔ)資源的困難，以試圖探討區(qū)塊鏈技術(shù)與邊緣計(jì)算技術(shù)具有良好融合發(fā)展的技術(shù)優(yōu)勢。